利用离心力由容器制备液体提取物的方法和系统的制作方法

专利名称：利用离心力由容器制备液体提取物的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过使水经过容纳在容器中的受到离心分离作用的物质而制备液体 提取物的方法和系统。更具体地，本发明用于制备饮料提取物如咖啡等。
背景技术：
已知制备这样的饮料，其中利用离心力分离由煮泡的咖啡和咖啡粉末组成的混合 物。这种混合物是通过使液体如热水和咖啡粉在一起混合规定时间而获得的。然后使液体 通过筛网，该筛网上存在粉末料。例如在GB1506074中的特定方法中，容器包括大的开口以便能将咖啡充入胶囊 内。然后，将液体充装到容器内并且旋转容器。通常，容器未完全充满液体，否则液体将由 于在小的排放孔口处形成的压力梯度而从大的开口泄漏。EP079713涉及一种具有罩盖的类似的离心分离设备，该罩盖邻接过滤元件，从而 形成基本上关闭的过滤容器。一个问题在于，如果在煮泡操作开始时空气不能通过过滤器 和限制间隙足够快速地逸出，则容器中会形成气穴。气穴会不利于物质的完全润湿和/或 提取并且可能导致容积不够的容器内的液体压力上升。WO 2006/112691涉及另一种离心分离设备，该设备包括用于供给粉末/水混合物 并使其进入在缸与活塞之间限定出的空间内的缝隙。离心系统的一个问题在于，如果过多气体残留在容器中，则可进入容器的液体的 体积有限。因此，容器内会存在配料未被适当润湿的区域。从而对提取物的质量产生不利 影响。具体地，如果粉末状配料未被适当润湿，则排出的液体经历的提取速率不足，即，低的 总固体含量(“Tc”)。而且，如果被引入胶囊内的液体量不足，则使液体离开容器的离心压力将升得太 高，从而需要过高的转速来使液体提取物离开胶囊。此外，容器内形成的排放开口会过小或排放甚至被排放阀关闭使得该空间的气体 不能正确或及时地从这些开口逸出。

发明内容
因此，本发明的一个目的是使离开离心分离系统的气体流量和进入离心分离系统 的液体流量平衡，从而能够解决使容器内的配料润湿以及用液体灌装容器而不达到过高转 速的问题。本发明的另一个目的是通过确保容器内配料的适当润湿以及在已适当完成润湿 时开始提取循环以获得排放的液体的良好的提取特性来实现优化的饮料制备循环。另一个目的是提供一种解决方案，其清洁且不会形成固体和/或液体的泄漏，这 种泄漏会弄脏和/或损坏设备(例如，类似于进入旋转驱动装置的滚珠轴承中)。为此，本发明涉及一种用于利用离心力使液体经过物质而由容器制备液体食品的 方法，其中在液体充装容器时将容纳在容器内的气体从容器可控制地清除(放出、排除，purge)ο因此本发明的离心分离原理之一是在液体充装胶囊时提供专门的气体清除。因 此，容器可被正确地充装液体以确保在液体提取之前的适当润湿。优选地，通过至少一个专用导管控制气体的释放。可通过不同装置进一步实现气体释放的控制。在一种模式中，通过阀进一步执行气体清除的选择性控制。该阀可为设计成可选 择地使气体能够逸出的阀，且该阀阻挡来自容器的液体。在该同一模式或替代模式中，通过增大容器的转速而进一步执行气体清除的选择 性控制。由于转速增大，容器内的离心力变高，这因此导致开始进行液体提取。在一种可能的模式中，清除导管可与大气进行连通而没有可主动控制的阀，即需 要接收用于打开和/或关闭的信号的阀。优选地，在确定体积的液体被充装在容器内之后或在预定时间段已过去之后，该 气体清除导管由阀关闭和/或转速增大。为此，可设置可控阀以控制气体清除开口。因此，当容纳干燥粉末的容器开始被充 装液体并且直到足量的液体已被充装在容器内时气体可被清除。还能减少液体泄漏的风 险，因为当足够的液体已被充装在容器内时气体清除可被及时停止以避免液体或固体由于 气体清除而发生泄漏。在一种具体的模式中，可通过设置在向容器供应液体的回路中的流量计来测量充 装容器的液体的确定体积。一旦达到容器的容量，即，容器被基本上充满液体，阀就关闭气 体清除导管和/或增大转速以达到提取速度。在可能的模式中，当在容器的顶部或外部检测到预定液位的液体时关闭气体清除导管。例如，可通过气体清除导管中的液体传感器来检测液体的液位。此类液体传感器 可检测导管中或容器与导管之间的流路中或容器本身的顶部中流体的电气特性如电导率、 电容或电阻的变化。电气特性数据由控制单元接收，该控制单元启动阀以作出使气体清除 导管关闭和/或使驱动容器旋转的装置的转速增大的响应。在另一种可能的模式中，该至少一个气体清除导管能够通过阀打开和关闭自行进 行调节而无需控制单元的干预。在一个实例中，通过离心力的作用使控制阀处于关闭状态。 为此，在施加于阀上的离心力低于一定阈值时该阀可处于打开气体清除导管的第一位置， 而在离心力超过该阈值时可处于关闭导管的第二位置。这种情况下，导管内的阀定位在相 对于中心轴线的偏移位置以接受离心力，并且当容器被驱动以足够高的转速进行离心分离 时阀自动关闭。阀例如可以是通过离心分离作用而在导管的密封座内变形或移位的橡胶弹 性部件。更优选地，通过大致在容器的中心旋转轴线处进行气体清除而除去气体。中心部 位的气体清除是优选的，因为施加在液体上并且可能造成泄漏的离心力在该区域内最小。 中心部位意味着与中心轴线相距不超过容器的最大半径的1/5的轴向部位。在一种可行的模式中，将气体清除导管优选穿过容器的盖膜引入容器内。因此，当 液体充装容器时，气体在其离开容器之前被吸入导管的气体清除入口。在另一种模式中，气体清除导管被设置在容器外部。优选地，容器具有被穿孔的盖膜，从而允许气体从容器逸出并通过设置在盖膜上方的导管排出。可执行盖膜的穿孔以便 在容器内提供液体出口，从而使气体能够沿其路线离开容器到达清除导管。根据本发明一个可能的方面，在达到足够的离心分离速度之前，防止受到离心分 离作用的液体从容器排出。具体地，受到离心分离作用的液体流动被排放阀阻止，该排放阀 形成将要被克服的压力阈值以便该受到离心分离作用的液体离开容器。排放阀被设置在容 器的周边区域中。相比之下，排放阀产生可控的压力阈值并且无需在容器内设置小孔口，此 类孔口伴随着被阻塞或堵塞的风险。但是，处于容器的排放侧的阀也阻挡了容器内不能通 过关闭的阀逸出的气体。因此，排放阀需要提供设置在阀上游的本发明的气体清除导管。排 放阀优选被设计成用于限制被排放液体的流量，该流量可根据转速的增大而增大。例如，排 放阀是由弹性(弹簧)偏压装置强制关闭的环形限流装置。根据本发明的另一方面，优选在预润湿阶段期间清除气体，在该预润湿阶段期间 喷射液体。在可能的模式中，在液体喷射装置和接合在容器上的旋转接合基座的孔的界面处 设置流体选择性密封装置，以便允许气体在储器被充满水时从储器逸出但阻止水从该界面 漏出。为此，导管可形成空隙，该空隙被设计成和/或尺寸确定成提供可选择的流体逸
出ο具体地，挥发性化合物(如气体)可通过该空隙，而更为粘稠的液体(如水或水与 物质的混合物)则不能通过该空隙。该空隙可在界面处沿足以防止液体完全穿过该空隙的长度延伸。具体地，该空隙 的长度可为至少10mm，更优选超过10mm。空隙的厚度可在约0. 1至1. Omm的范围内。在优选模式中，由旋转接合基座的螺旋形螺纹实现该空隙。螺纹形成长的螺旋流 体通路，该通路由于该螺纹相对于喷水器的旋转运动而趋于沿储器的方向回推液体。更优选地，水输送装置设置在喷水器上游的流体回路中以在较低压力下通过喷水 器提供水。例如，该输水装置可以是压力泵，比如离心分离泵、隔膜泵、重力泵或蠕动泵、活 塞泵。泵可被设计成在基本不高于大气压的压力下将水充入储器内。水的压力输送装置还 有助于确保液体不会被给予足够的动量而穿过动态密封装置。事实上，动态密封给液体提 供了更大的动量以抵消在空隙内部被推动的输水装置可能会给予液体的动量。另外，接触式密封装置可被设置在旋转接合基座与储器的进入壁之间。优选地，接 触式密封提供储器表面上的轴向密封。接触式密封装置确保不会有液体由于离心力可绕开 储器内的离心分离流动路径而能够在储器与旋转基座之间循环。优选地，接触式密封装置是形成轴向密封装置的橡胶弹性部件，比如橡胶或硅胶/ 硅树脂(silicone)O形圈。在优选的模式中，接触式密封装置紧邻喷水器周围设置。结果，防止了液体通过刺 出的出口逸出储器并与储器的外表面接触。当设备打开并从设备取下储器时，设备中存在 更少的可能以不可控方式滴落的残余液体(如热水)。根据本发明的特定方面，旋转接合基座包括至少一个穿刺部件，其被设置在基座 的周边以在储器的壁中刺出至少一个出口。更优选而言，旋转接合基座包括均勻分布在接 合基座的周边的几个穿刺部件。
旋转基座可采取圆盘的形式，该圆盘在设备围绕储器关闭期间在储器的壁上施加 接合压力。由于所施加的接合压力，穿刺部件可在储器中刺出出口以便允许饮料离开储器。在另一方面，旋转基座包括弹性偏压的阀，该阀在离开储器的受到离心分离作用 的液体的一定阈值的压力下打开。根据本发明的另一方面，该方法用于利用离心力使液体经过物质而由容器制备液 体食物，其中该方法包括预润湿阶段和提取阶段，在该预润湿阶段期间液体被充装到容器 内并且容器以第一转速旋转，在该提取阶段期间液体继续被充装到胶囊内并且容器以高于 第一转速的第二转速旋转。优选地，第二转速由于容器内液体的充装液位而增大。具体地，当检测到液体的液 位为预定充装液位时第二转速增大。可通过液体传感器直接或通过测量被供应给容器的液 体的体积间接地检测充装液位。“预润湿”是指这样的阶段在该阶段期间液体在离心分离作用足以例如通过打开 排放阀而使液体提取物在排放侧离开容器之前与容器内的配料密切混合。“提取”是指这样的阶段液体在该阶段经过配料并且由于离心力从容器排放。在 本发明的实施方式的上下文中，液体的排放可能要求达到足够的容器转速。在预润湿期间，容器可被驱动以低于提取期间的速度旋转。在预润湿期间，容器可 保持静止态或以间歇方式旋转。已注意到，物质特别是研磨咖啡的预润湿提供了改善的提取并因此提供了改善的 口味和香味。在此阶段期间，转速优选保持足够低以便液体提取物保留在容器中并与物质 彻底混合。当液体被充装在容器内并且容器缓慢旋转时，气体可被清除使得容器内至少很 大一部分气体量被除去，从而为液体占据容器并与物质混合流出足够的空间。在一个具体的实施例中，通过不同于将液体供应到容器内的第一液体导管的至少 一个导管清除气体。在具体的模式中，气体清除导管关于所述第一液体喷射导管同心地设 置。液体供应导管可以是对容器的盖膜穿孔的空心针。液体供应导管可沿着旋转轴线对齐。在可能的模式中，在将气体清除出容器之后，还可通过容器内的气体导管喷射液 体。因此，在执行气体清除之后，既可通过液体导管又可通过气体导管喷射液体。这样的优 点是，气体导管可被冲去可能已经在气体清除操作期间进入气体导管的可能的固体颗粒。本发明的方法还可包括在提取阶段之后容纳在容器内的物质的旋转式脱水阶段。 在旋转式脱水阶段期间，气体导管可用来通过将空气引入容器以便替换从容器的排放侧排 放的液体而实现容器内的压力平衡。具体地，可通过可控阀将气体导管设置为处于大气压。 这种压力平衡确保了容器不会在相对真空下变形。本发明还涉及一种用于借助于容器的离心分离作用使液体经过食品物质而由容 纳在该容器内的食品物质制备液体提取物的饮料生产系统，该系统包括用于将液体充装在容器内的液体喷射装置，用于驱动容器以至少一个离心分离速度旋转的旋转驱动装置，用于使液体提取物能够以所述离心分离速度离开容器的周边排放装置，其中该系 统包括构造成在液体充装容器时将气体从容器除去的专用的气体清除装置。该气体清除装置可包括专用的气体清除导管，该导管例如与主液体供应导管分 开，用于在液体被供应到容器内的同时使容器的内部空间与大气相连。
该系统优选包括速度控制装置，该速度控制装置用于增大驱动装置的转速以将饮 料制备循环从预润湿阶段改变为提取阶段。该系统优选包括用于检测容器液体的充装液位的装置。实际上，这些充装液位检 测装置能够将提取阶段调整成在润湿阶段之后开始，从而确保实现排放液体的适当的提取 特性，例如，具有适当Tc的咖啡饮料。阀还可与至少一个气体清除导管相关联以便可选择地允许以可控方式清除气体。在一种模式中，气体清除装置包括至少一个气体清除导管，该气体清除导管与可 控阀连接以便控制在液体通过单独的液体供应导管充装胶囊时气体清除导管保持打开的 时间。在另一模式中，气体清除导管与大气连通而未设置阀。在一个具体的实施例中，气体清除导管具有进入容器内的气体入口。在另一实施例中，气体清除导管具有位于容器外部并且优选被设置在容器上方、 特别是容器的盖子上方的气体入口。更具体地，气体清除导管被控制成在预润湿阶段打开，在该预润湿阶段，液体被喷 射到容器内并且容器以低于离心分离速度的速度旋转，液体提取物借助于离心力以该离心 分离速度经由排放装置离开容器。因此，在预润湿阶段期间气体导管可通过阀保持打开。然 后在预定体积的液体被充装到容器内之后或在一定时间段之后可控制阀关闭。例如，该系 统可包括流量计以提供关于被供应到容器内的液体体积的输入。该流量计可对控制单元提 供信号，例如，形式为由设备的控制单元计数的脉冲。当已达到预定量的脉冲时，气体导管 的阀关闭用于容纳在容器内的气体的导管。在可能的控制模式中，该系统包括在容器内部或外部检测液体的最大液位的液体 检测装置。液体检测装置可包括例如电阻传感器、电感传感器或电容传感器。传感器例如 可被设置在气体清除导管内或导管与容器之间，例如容器的盖子上方。控制单元确保转速 的增大和/或阀的启动作为对与在传感器部位对气体或液体的检测相对应的感测值的变 化的响应。例如，当速度增大到高于与施加在容器内的充分的离心力相对应的预设值时，液 体的提取物开始通过排放装置。结果，排放阀装置打开导致液体从容器排放或提取。由于 液体的液位已被预先感测为所需的液位，所以能够在确保容器内的配料被适当润湿的同时 发生提取。液体供应导管能够与密封部件相关联，该密封部件在导管与容器的盖子(例如胶 囊的顶膜)之间的界面处实施密封。结果，防止了液体在液体供应导管的低部处泄漏但迫 使液体穿过容器内的物质以便更好地润湿配料，例如，咖啡颗粒。在可能的模式中，阀可控制成/被控制成使得气体导管与液体源连通以便在将气 体从容器清除之后经由气体清除导管将液体供应至容器内。因此，气体导管的关闭通过转 变阀的使气体清除导管与液体源连通的位置而实现。因此除主液体导管之外，气体清除导 管也可将液体提供至容器内。结果，在容器的转速高于预润湿阶段期间的转速的离心分离 阶段期间，容器内的液体流速可显著增大。因此气体导管可被冲去可能在第一阶段期间被 引入导管的固体颗粒。该阀还可构造成在提取阶段之后的旋转式脱水阶段期间将气体导管置于大气。在 旋转式脱水阶段期间，液体供应装置停止而旋转驱动装置保持高速以使液体能够通过容器的周边排放侧离开胶囊。在具体的模式中，气体导管可被同心地设置在用于将液体供应至容器内的液体供 应导管周围。在优选模式中，周边排放装置包括用于控制排放液体的流量的限流阀。该限流阀 优选在转速在提取阶段期间增大的过程中排放液体达到抵抗该阀的预定离心分离压力时 打开。限流阀优选具有环形闭合装置和弹性(弹簧)偏压装置，用于对离开容器的加压液 流施加相反的阻力。在本发明的另一方面，本发明还涉及一种容器，该容器包括用于防止在清除期间 固体被气体带走的过滤器。该过滤器可被设置成在容器内分开至少两个空间；空间之一容 纳食品配料。实际上，主要问题可能是固体颗粒造成的，这些固体颗粒阻挡从容器除去的气 体的流动。该过滤器优选包括直径小于250微米的开口和/或宽度小于250微米的缝隙。 该过滤器可以是与容器成整体的部分，比如多孔塑料部分或网、织物或非织物或过滤纸。此外，该容器在它被引入系统中之前可以是密闭的胶囊。胶囊可容纳由惰性气体 (如CO2和/或氮气)保护的食品物质。因此，本发明还涉及一种胶囊，该胶囊提供比“开放式”系统更清洁的溶液并使得 被输送的液体提取物具有更可控的质量。胶囊可通过封闭膜被封闭，该封闭膜可被系统的穿刺元件刺穿以提供液体入口和 出口。胶囊可包括内部过滤部分，该内部过滤部分用于防止固体通过胶囊的液体入口 (如被刺穿的入口)离开胶囊。此第一过滤部分优选位于胶囊的中心部位。胶囊还可包括第二过滤部分，该第二过滤部分用于防止固体通过液体出口、例如 通过胶囊的被刺穿的出口离开。该第二过滤部分优选位于胶囊的周边区域中。过滤部分可 以是插入胶囊的杯形体内的同一内盖的一部分。第一和第二过滤部分也可以是胶囊的单独 的元件的一部分。该胶囊可容纳饮料配料，包括研磨咖啡、茶叶、速溶咖啡、凉茶、可可粉、牛奶、奶 酪、营养配料或其组合。为了避免本申请中不必要的重复，关于本发明的方法提及的所有特点也能适用于 本发明的系统，且反之亦然。


下面将参考附图更详细地说明本发明-图1是本发明的系统的总体示意图，-图2是本发明的系统的一部分的示意图，-图3是根据第二实施例的本发明的一部分在预润湿阶段和气体清除期间的示意 图，-图4是本发明的一部分在后续的提取阶段期间的示意图，-图5是本发明的一部分在最后的旋转式脱水阶段期间的示意图，-图6示出了本发明的容器的一个实施例的内盖的视图，-图7示出了根据另一变型的系统的流体喷射装置的细部，
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-图8示出了本发明根据另一变型的系统在气体清除期间的剖视图；-图9示出了根据另一变型的系统在预润湿阶段期间的详细剖视图；-图10示出了图9的系统在提取阶段期间的详细剖视图；-图11示出了根据本发明另一实施例的饮料制备装置的透视图；-图12示出了沿图11的视图的A-A所作的剖视图；-图13示出了根据优选实施例的图12的视图的细部和局部视图，尤其示出了储器 和喷射子组件的构造；-图14示出了图13的视图的放大细部，尤其是动态密封装置。
具体实施例方式如图1所示，本发明的离心分离系统包括离心分离容器3被设置在其中的离心分 离单元2。离心分离容器3可以是一次性使用的胶囊，该胶囊容纳有预先分份的食品配料 (如先焙炒后研磨的咖啡部分)。在胶囊插入单元中之前，胶囊优选以气密方式密封以使容 纳于其中的食品配料保持新鲜。或者，离心分离容器3可以是离心分离单元2的适于再装 的容器。离心分离单元2与包括旋转电动马达(电动机)和驱动轴的驱动装置5连接。驱 动装置5被设计成使离心分离单元的转鼓(转筒)沿着旋转轴线A旋转，并由此使收容在 离心分离单元2的转鼓内的离心分离单元3绕离心分离容器的同一轴线A旋转。应当注意 的是，当容器并非特指一次性使用胶囊而是该设备的适于再装的部分时，具体而言，该容器 可以是部分或整个转鼓。离心分离单元2还包括收集部分和排放管道35，待制备的饮料经该排放管道35排 放到例如设置在排放管道下方的储器48 (如杯子)内。该系统还包括液体供应装置，该液体供应装置包括水储存器6和流体回路4。储存 器6优选包括用于加热容纳在储器6内的水的水加热装置31。加热装置31可以是加热线 圈。水的加热装置也可由位于流体回路4中并且相对于水储存器6被设置在下游的加热块 (thermobloc)实现。液体供应装置还包括与储存器6连接的泵7。该泵7优选为离心泵。此外，泵7借 助于流体回路4与离心分离单元2连接。泵7优选是用来对容器3提供充足液体的低压泵。另外，在操作期间，离心分离容 器通过从液体源抽吸水而起到离心泵的作用。在该离心分离单元中，设置液体排放阀19以在受到离心分离作用的流体被收集 在该单元的收集部分中之前对离开容器3的受到离心分离作用的流体产生流量限制。排放 阀19使得能够增加液体在容器内的停留时间并因此改善特别是对咖啡的提取。此外，由于 流过排放阀所必需的高旋转力，流动被显著加速。结果，可获得适量的泡沫。优选地，当在该阀处已通过液体达到特定阈值的压力时，排放阀打开以便留下环 形流动间隙并且使得受到离心分离作用的液体能够离开容器。为此，阀19包括弹性偏压装 置27，用于抵消可达到给定负载的受到离心分离作用的液体的压力。此外，可使阀的负载可 调节以在特定阈值的压力下借助于负载致动装置50打开。例如，负载致动装置50作用于 弹性偏压装置27以改变阀19上的预置负载。因此，弹性装置例如通过致动装置50对弹性部件的压约束而被预加越高的压力，则克服阀以保持稳定的流速所需的液体压力就越高， 因此，转速就必须越高。结果，泡沫或咖啡沫的液位可通过调节阀装置19的负载来控制。在液体供应装置与离心分离单元2之间的流体回路4中，设置了用于计量液体流 量(流速)的计量装置8。计量装置8例如是产生电脉冲数据10的脉冲编码式涡轮流量 计。因此，所产生的脉冲的周期优选与流体回路4内的液体流动速率成正比。该系统还包括控制装置9，该控制装置9包括计数器11、中央控制器12 (如能提供 控制环反馈机构的PID控制器)以及手动接口 13。控制装置与涡轮流量计8连接以接收 相对于流速的过程变量，并且该控制装置与旋转马达的驱动装置5连接以便将操纵的变量 (即，转速)输入至马达。此外，控制器12与泵7连接以开始和停止回路中的液体供应。与涡轮流量计8连接的计数器11使得能够对所产生的脉冲数据10进行分析。然 后将分析后的数据传送至中央控制器12。因此，可以实时计算流体回路4内液体的精确的 实际流速。转到图2，本发明的系统还包括主要用于将液体喷射到容器3中的流体喷射装置 20。流体喷射装置被固定地安装在单元2上，但经由滚珠轴承54与包括环形排放阀19的 旋转板件(转阀，rotary plate) 55连接。流体喷射装置包括沿着旋转轴线“Α”基本对齐的第一液体供应导管21。导管21 可采取针或喷管的形式，该针或喷管可插入容器(如密封的胶囊)内以在容纳有饮料物质 的空间22内提供液体。可设置包围第一液体供应导管21的第二导管23。如后文将说明， 第二导管23可具有不同的功能，功能之一是使得能够从容器除去或清除气体。如优选实施 例中所示，第二导管23相对于第一导管21同心地设置。但是，可以想到其它装置，例如，邻 近第一导管21 (即，并排或靠近)设置的第二导管23。用于将气体从胶囊清除出来的第二导管23具有位于容器中的第一自由端24，该 第一自由端24位于第一导管21的自由喷射出口 25上方，该自由喷射出口 25在气体趋于 在容器的上部中间区域中积聚时更深地进入容器内。这种优选设计还减少了液体被吸入第 二导管的风险。优选地，诸如橡胶垫圈72的密封部件被设置在最外面的导管23周围以确保从胶 囊出来的液体不会进入滚珠轴承54。在第一实施例中，第二导管23直接或通过第二自由端26经由可选择的阀73间接 与大气相连。结果，气体可通过导管23直接排出并且释放至大气。阀73可以是允许气体 选择性地通过但对液体关闭的止回阀。导管23形成可以根据被容纳在容器内的气体的体 积进行校准的气体受控泄漏。应当注意的是，被容纳在容器内的气体可以是空气、惰性气体 (如二氧化碳或氮气)、或这些气体的混合物。同样如图2中显而易见的那样，容器3可设有装配在容器的杯形体29内的盖子 28。密封膜56可被密封在胶囊本体的周缘51上，阀19可在该周缘51上施加闭合力。因 此，密封膜盖住盖子并且使胶囊在膜被刺穿或者膜最终被除去或以别的方式打开之前不受 气体和液体的影响。穿刺部件52可设置在离心分离单元上，优选地，相对于中心轴线设置 在周边以在膜中刺出一系列出口并允许饮料流从容器释放出来。盖子28可形成小的周边 环形凹部53以收集该饮料流并将其分配至穿过膜的刺出的出口。当然，容器的设计可以采取许多不同的构造而不脱离本发明的范围。例如，用于支承膜的盖子不是强制性的。参考图3，对于一个不同的实施例，设置可控阀70以控制流体喷射装置21的不同 操作模式，包括气体清除操作以及离心分离阶段和旋转式脱水阶段。阀70优选为多路阀。 阀70可构造成借助于电磁装置或其它合适的装置移动到不同位置(通气/排气，液体供 应，等)。在图3所示的第一模式中，通过经与流体回路4直接流体连通的第一导管21喷射 液体而执行物质的预润湿。液体泵装置7被接通(启动)并且旋转驱动装置(马达)以较 低转速vl驱动容器。例如，容器的转速vl低于200RPM。在此预润湿阶段期间，阀70构造 成例如移动以例如经由中间连通管线77使气体清除导管23与通气(排气)出口 75连接， 该通气出口 75与周围大气连通。小量与气体混合的液体最终可被出口 75释放并被排放到 储存器(未示出)。在此阶段期间，未被物质占据的容器空间优选被完全充满液体。液体可 开始润湿物质(如咖啡颗粒)并与其混合。转速不足以让液体穿过物质，或至少不足以使 液体具有能打开排放阀19的足够压力。在预润湿完成之后，通过以较高转速v2驱动容器而执行离心提取，如图4所示。从 而在预定时间或根据流量计8的测量、预定体积的液体被供应到容器中之后，由控制单元 控制速度增大。气体清除单元23然后通过阀70的控制(例如，通过阀的相对运动)被关闭通 气(操作)，并且经由固定的中间连通管线77与液体供应管线76连接。在此构造中，液 体通过流体喷射装置20的两个导管21和23供应。由于较高的速度(例如，大约4000至 15000RPM)，进入容器的液体被迫经过抵靠着容器的侧壁被离心分离的物质。形成了通过容 器的出口并且在压力作用下迫使排放阀19打开的液体提取物。液体提取物被投射到单元 的冲击壁30上，然后被收集和分配。应当注意的是，可省略气体清除导管23通过阀与液体 管线76的连接，并且导管23也可仅被关闭。在通过阀实现导管23与液体供应管线76的 连接的情况下，这也可发生在流量计已经测量到预定体积的液体之后。更精确地，控制器从 流量计8接收与液体的量有关的脉冲数据10并且控制器相应地启动阀。阀的启动可发生 在速度较高的提取阶段已开始之后，因为当预润湿阶段完成时仍可能排出残余的液体量。 具体地，密度低于液体的残余气体将主要保留在容器的中心，而液体将移至周边，由于离心 力，在中心形成可由气体清除导管排出的气柱。当通过流体喷射装置的气体清除导管23供 应液体时，导管被冲去可能已经进入导管的固体颗粒。因此，大大降低了导管被堵塞的风 险。当然，阀70的启动还可仅与时间相关而不必与由流量计测量到的液体体积相关。 这种情况下，控制器可在例如自泵7起动时起已过去预定时间之后启动阀。在最后阶段，如图5所示，旋转驱动装置由控制器以速度v3启动以便执行容器内 物质的旋转式脱水。旋转式脱水阶段可被设为高于离心分离提取速度v2，例如，高10至 50%。控制器还使液体供应泵7停止，使得不会有更多液体进入容器。阀70也被启动以 中断液体管线76与液体供应导管21之间的连通。泵的停用(de-activation)优选发生在 已由流量计8测量到与杯子容积相对应的预定液体体积之后。例如，浓咖啡的制备需要在 容器内供应约40mL的液体。可将不同饮料体积作为设定点储存在控制器内，例如，25，40，
12110和220mL，从而实现各种咖啡饮料(例如，超浓咖啡、浓咖啡、淡咖啡、美式咖啡等)的制备。在此阶段期间，气体清除导管通过阀70与通气出口 75重新连接，使得空气可通过 由于高旋转力而施加在容器内的压力差而吸入容器中。随着液体逐渐从容器被除去并且没 有更多液体进入容器，容器内的压力降低并且环境空气通过真空效应被吸入容器内。容器 内的压力将因此达到平衡直到旋转停止为止。在预定时间之后控制器使容器的旋转停止。还应当注意的是，该饮料制备系统可包括设置在容器和/或流体喷射装置内的颗 粒过滤器。在图2中，容器已被示为包括过滤器80的一次性胶囊，该过滤器80被设置在容 纳有物质的空间22与上表面或膜56之间。该过滤器优选是具有小于食品配料的平均颗粒 直径的开口的多孔部分。该部分可以是刚性或弹性的。它可由具有小孔或缝隙的多孔塑料、 网状材料、织物、非织物或过滤纸制成。该部分被设置成将自由插入空间81与容纳有食品 颗粒的空间22分开，该自由插入空间用于插入流体喷射导管21，23的一部分。从而，该过 滤器的作用是防止固体颗粒污染自由插入空间81并从而防止其进入导管21，22。应当注 意的是，该过滤器可被设置在气体清除导管23和/或主液体供应导管21的入口 24，25处。 例如，该过滤器可为一件烧结的多孔材料。在另外的变型中，气体清除导管21的末端可位 于容器内，作为带有许多细的出口缝隙的喷嘴，这些细的出口缝隙形成水分配装置以及颗 粒过滤装置。图6示出图2的胶囊的盖子28的一个实例。该盖子包括设有一系列缝隙83的中 心凹部81，这些缝隙83的作用是将固体颗粒保持在胶囊的配料隔室(空间22)中。缝隙 83的作用是过滤从胶囊清除的气体。在盖子28的周边有环形凹部53，该环形凹部53包括 用于过滤从胶囊离心分离出来的液体的第二系列缝隙84。因此，液体被收集在凹部53内并 经由刺出的开口离开胶囊，然后通过排放阀喷出。图7示出一种变型，在该变型中颗粒过滤器85与气体清除导管23直接相关联。例 如，它作为格栅、网或烧结块在气体清除导管的自由端或入口 24处被插入。图8示出本发明的系统的另一变型。该系统包括容器3，比如包含一剂量的待提 取食品物质(如研磨咖啡)的一次性胶囊，该容器被接纳在离心分离单元2内。在抵接容 器的旋转板件55上，设置有液体排放阀19，该液体排放阀将弹性压力施加在胶囊的周缘51 上。该胶囊包括盖膜56，该盖膜56被出口穿刺装置52刺穿，从而形成用于流体从胶囊逸出 的一系列出口，例如，穿孔。在板55的中心部分设置有喷射导管21，用于通过其侵入式喷射出口 25将热水喷 射到胶囊的空间22内。气体清除导管23被同心地设置在液体供应导管21周围。气体清 除导管的末端位于胶囊的上表面(即，盖膜)上方，同时优选留有短的距离。液体传感器 57被设置在气体清除导管的入口处。传感器与控制单元12(图1)连接并因此可将数据传 输到用于在胶囊被充满液体时调节(即，增大)离心分离单元2的转速的单元。在(可选 的)控制阀设置在导管23的端部处的情况下，传感器还可传输用于在胶囊基本被充满液体 时使导管23关闭的数据。作为本发明一个独立方面，密封部件如垫圈或硅胶垫86被设置在液体供应导管 21与胶囊的上表面或盖膜56之间的界面处。该垫可与胶囊的膜56连接。结果，在喷射之 后不存在会通过旋转力的作用泄漏并因此会绕开配料的主要部分的液体。应当注意的是，该密封部件可以是例如被胶粘在膜上的导管的一部分或胶囊的一部分。在本实施例中，胶 囊内的过滤器不是必需的但可设置来减少食品物质的固体颗粒通过膜56的风险。该系统工作方式如下。在预润湿阶段中，该单元以低转速被驱动并且液体开始通 过导管21充装胶囊。液体将被强制流经配料并且容纳在胶囊内的气体在部位52处被推动 通过在盖膜中刺出的出口。由于密封是由密封垫86形成的，所以没有流体会在液体供应导 管21的底部处离开。相反，气流88将在刺出的出口处穿过膜并且将在胶囊的盖膜56与旋 转板件55的下表面之间的通道87处被强制流经气体清除导管23。由于转速低，所以排放阀 19在预润湿期间保持关闭。因此，气体和液体仅可朝导管23逸散。在气体已基本从胶囊除 去之后以及随着胶囊被充装液体，液体因此可通过周边出口(穿孔)并进入导管23。随着 液体进入导管，液体传感器检测到它并经由控制单元控制转速的增大和/或清除阀(未示 出)的关闭。因此，在下一阶段(即，提取阶段)期间，胶囊以更高的速度如5000-16000RPM 被驱动旋转，同时水通过液体供应导管21继续被供给到胶囊内。由于该转速足以形成高旋 转力，所以受到离心分离作用的液体迫使阀19打开。提取的液体因此通过在系统的冲击表 面上形成以高速投射的环形液体层然后被收集并经过漏斗到达饮料储器而被释放到排放 装置，即，通过处于打开位置的阀19。当然，液体传感器可例如沿着通道87被设置在气体清 除导管23的更上游处。例如，传感器可以是测量针25与位于旋转板件55的内表面上的固 定点之间的电气值(如电阻)的传感器。在图9和10所示的另一实施例中，本发明的系统包括清除装置，该清除装置在离 心力的作用下关闭。因此，当在饮料制备过程期间转速增大时，阀使导管关闭。更具体地， 一系列气体清除导管90，91设置在旋转板件55中以允许来自容器3的气体在通过设置于 膜56中的出口穿孔92，93之后被排出。由于在此阶段期间排放阀19保持关闭，所以气体 将通过导管90，91自由离开。导管还与诸如橡胶垫圈的密封元件94，95相关联。密封元件 例如可通过压缩效应从位于它们的座96，97中的收容位置(如图9所示)移动到从座96， 97展开的位置(如图10所示)，该收容位置与导管的打开相对应，该展开位置与导管的关 闭相对应，例如通过密封元件的松弛而展开。当转速超过使密封元件产生变形的一定阈值 时，实现从第一位置至第二位置的转变。密封元件因此沿导管的轴向方向朝外膨胀。只要 转速降低或旋转停止，密封元件就回到它们位于它们的座96，97中的置靠(搁置，rest)位 置。结果，由于能通过调节容器3的转速在打开/关闭之间自动调节阀，系统被简化。将关于图11至14描述描述本发明的另一模式。该设备具有模块124，胶囊可插入该模块中。胶囊容纳有用于进行煮泡的食品物质并且在使用后从模块取下胶囊以便丢弃 (例如，用于废弃或者有机和无机原材料的再循环)。模块124与水源如水储存器125流体 连通。流体输送装置如压力泵126 (例如，离心泵)设置在模块与水源之间的流体回路127 中。还设置水加热器128以在水进入模块之前加热流体回路中的水。水加热器可被插入流 体回路中以加热来自储存器的新鲜水或者可位于水储存器内，在这种情况下水储存器成为 水煮沸器。当然，水还可经由水插塞式连接从家用水源直接取得。水可在低压或甚至在重力压力下被供给到模块124内。例如，可设想在模块的进 水口处的压力优选低于2. 5巴，例如，比大气压高0到2. 0巴之间。煮泡模块124可包括装有子组件129，130的两个主胶囊；子组件主要包括喷水子组件和液体接纳子组件。这两个子组件形成用于在设备中沿着旋转轴线I离心分离胶囊的 定位和定心装置。这两个组件一起关闭以例如由卡口型连接系统131将胶囊包入其中。液体接纳子 组件130包括液体管道132，该液体管道132例如在子组件的一侧上突出以便将从胶囊离心 分离出来的液体引导到使用储器(如杯子或玻璃杯)。液体管道与液体接纳器133连通，该 液体接纳器133形成筒形壁，该筒形壁设置在距离转鼓134 —短距离处，胶囊120如图12 所示插入到该转鼓134内。液体接纳器限定有用于收集液体的中间腔体163，如后面的描述 中所述。在液体接纳子组件130下方，设置有用于驱动胶囊接纳鼓134在子组件内旋转的
直ο该驱动装置优选包括可被供电或供应气体动力的旋转马达140。喷水子组件包括 进水口侧，该进水口侧包括在上游与水流体回路127流体连通的进水口 135。关于图12，转鼓134成形为具有内腔体136的中空胶囊支架，该内腔体136互补 地成形以接纳胶囊。转鼓134自身轴向伸出一旋转轴137，该旋转轴137由转动引导装置 139 (如滚珠轴承或滚针轴承)相对于液体接纳器133的外底部138保持旋转关系。因此， 转鼓被设计成围绕中间轴线I旋转，而接收器的外基座138相对于设备被固定。液体接纳 器133可例如通过螺栓144被固定在马达140的壳体143上。机械式联轴器141被设置在 鼓的旋转轴137与马达140的轴142之间的界面处。关于喷水子组件129，如图13和14所 示，它包括居中设置的喷水器145，该喷水器145相对于设备的纵向轴线I被固定在设备内。 该喷水器包括用于将水从入口区域135传输到出水口 147的中央管状部件146，该出水口 147被设计成突出到胶囊120的外壳114内部。出水口 147由刺穿装置148如锋利的管末 端形成，该刺穿装置148可穿过胶囊的封闭箔(封口箔)135并穿过内部元件180的最终可 破裂部分形成刺穿孔，该内部元件180包括用于过滤外壳中的物质的开口或缝隙。围绕喷水器以旋转关系安装有胶囊旋转接合基座149。旋转接合基座149具有用 于接纳喷水器45、特别是穿刺管状部件146的中心孔150，以及转动引导装置，比如被插入 基座149与喷射器145之间的滚珠轴承或滚针轴承151。接合基座还包括从盘形接合基座149突出的出口穿刺部件152，153。穿刺部件 152，153可以是小的柱形部分，该柱形部分具有可在胶囊的密封箔135中切割或戳出小孔 的斜的切割表面。穿刺部件设置在接合基座的表面的周边处，优选均勻分布，以在胶囊内提供数个 开口，用于使离开胶囊的受到离心分离作用的液体形成几股液流。穿刺部件提供基座149 与胶囊之间的连接，从而能够驱动胶囊连同基座一起旋转。根据本发明的一方面，喷水子 组件129还包括用于控制从设备排放的液体的流量的阀系统156。阀系统156能以环形接 合部分157的形式设置在胶囊旋转接合基座149周围，该环形接合部分157在弹性加载装 置158 (如压缩弹簧)的力作用下被偏压。环形接合部分157包括加压周边表面159，该加 压周边表面159在胶囊的周缘148上施加闭合力以便可在弹性加载装置的力的作用下限制 液体的流量。接合部分157被弹性加载装置158弹性偏压在胶囊的边缘上，该弹性加载装 置被插入环形接合部分157与附接在接合基座上的部分160之间的空间内。因此，在置靠 (rest)位置，阀系统的接合部分157在弹性加载装置158的压缩作用下保持胶囊边缘上的 封闭。
根据本发明的一方面，动态密封装置161设置在喷水器145与胶囊接合基座149 之间的界面处。动态密封装置可采取穿刺管状部件148与基座的孔150之间的自由空隙 (游隙)的形式。优选地，该空隙是标记在孔本身中的螺纹。动态密封装置因此被设计成提供用于容纳在胶囊内的气体的排出。当胶囊被喷水 器刺穿时，气体可通过该空隙(如螺纹)逸出，该空隙足够大以对气体分子提供通道。被容 纳在胶囊内的气体可以是物质本身内初始含有的气体(比如对于咖啡而言的二氧化碳)和 /或在封闭之前涌入容器内的惰性气体(比如氮气)。当水开始充装胶囊时，气体被推动通 过胶囊的被穿刺出的进水口和饮料出口。由于阀装置156在一定阈值压力下关闭通向收集 腔体163的通道，所以不允许气体通过阀装置156逸出。因此，气体趋于通过在胶囊的箔中 穿出的入口 115然后通过空隙162沿方向A逸出。当接合基座149在离心分离操作期间随同胶囊120被驱动旋转时，孔的螺纹162 被布置成螺旋式转动，从而沿方向B将液体推回胶囊。由旋转接合基座的旋转在有螺纹的 空隙内的液体上形成的动量超过由泵提供给液体的动量，从而导致液体在旋转接合基座 149的上部处停留在出口液位163下方。因此，密封装置可被定义为“动态的”，因为它在密 封液体方面的效率取决于由该设备形成的旋转动量。可在胶囊的表面(即封闭箔135)与旋转接合基座之间设置附加的密封装置164。 密封装置164可通过任何合适的连接手段(如粘合剂)或以别的方式与基座的表面连接。 该密封装置优选是在胶囊的表面上施加轴向密封力的密封装置，其防止液体沿离心分离方 向C在胶囊的表面上流动。因此，该密封装置还防止了水或液体沿设备的收集腔体163的 方向经由胶囊的外表面从旁路绕过。优选地，接触式密封装置被尽可能靠近喷水器设置以 减少液体与胶囊外表面之间的接触。该接触式密封装置可以是一块橡胶弹性材料，比如橡 胶或硅胶0形圈。
权利要求
一种利用离心力使液体经过物质而由容器制备液体食物的方法，其中，随着液体充装所述容器，容纳在所述容器内的气体被可控制地从所述容器清除。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过由阀关闭至少一个气体清除导管而结束 气体清除。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在液体已充装所述容器之后增大所述容器 的转速。
4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于，在确定体积的液体被充装在所述容器内之 后或在预定时间段过去之后，关闭所述气体清除导管和/或增大所述转速。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在所述容器的顶部或外部检测到液体液位之 后，关闭所述气体清除导管和/或增大所述转速。
6.根据权利要求2的方法，其特征在于，通过作用于所述阀的闭合件上的离心力的效 应自动关闭所述气体清除导管。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，通过大致在所述容器的中心旋转 轴线处进行受控的气体清除而除去气体。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，通过在所述容器外部进行受控气 体清除而除去气体。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，通过不同于第一液体喷射导管的 至少一个气体清除导管清除气体。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，通过同心地设置在所述第一液体喷射导管周 围的导管清除气体。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在排放阀达到足够的离心分离速 度之前，防止受到离心分离作用的液体从所述容器排放。
12.利用离心力使液体经过物质而由容器制备液体食物的方法，其中，所述方法包括预 润湿阶段和提取阶段，在所述预润湿阶段期间液体被充装到所述容器内并且所述容器以第 一转速旋转，在所述提取阶段期间液体继续被充装到所述胶囊内并且所述容器以高于所述 第一转速的第二转速旋转。
13.—种通过容器的离心分离作用使液体经过食品物质而由容纳在所述容器内的食品 物质制备液体提取物的饮料生产系统，所述饮料生产系统包括用于将液体喷射到所述容器内的液体喷射装置，用于驱动所述容器以至少一个离心分离速度旋转的旋转驱动装置，用于使液体提取物能够以所述离心分离速度离开所述容器的周边排放装置，其中所述饮料生产系统包括气体清除装置，所述气体清除装置构造成随着液体充装所 述容器将气体从所述容器除去。
14.根据权利要求13的饮料生产系统，其特征在于，所述清除装置包括至少一个气体 专用清除导管。
15.根据权利要求14的饮料生产系统，其特征在于，所述饮料生产系统包括用于控制 所述气体清除导管的打开和关闭的阀。
16.根据权利要求12或14中任一项的饮料生产系统，其特征在于，所述饮料生产系统 包括速度控制装置，所述速度控制装置用于增大所述驱动装置的转速以将饮料制备循环从预润湿阶段改变为提取阶段。
17.根据权利要求13或15中任一项的饮料生产系统，其特征在于，所述饮料生产系统 包括用于检测所述容器内的液体充装液位的装置。
18.根据权利要求13的饮料生产系统，其特征在于，所述气体清除装置包括流体选择 性密封装置。
19.根据权利要求18的饮料生产系统，其特征在于，所述流体选择性密封装置包括位 于所述液体喷射装置与接合在所述容器上的旋转接合基座的孔之间的自由空隙。
20.根据权利要求19的饮料生产系统，其特征在于，所述空隙由螺旋形的螺纹实现。
21.用于在根据权利要求1至12中任一项的方法中使用的容器，其特征在于，所述容器 包括过滤器，所述过滤器用于防止在清除期间固体被气体带走。
22.根据权利要求21的容器，其特征在于，所述过滤器被设置在内盖的中心部分中，所 述内盖被插入所述胶囊的杯形体内。
全文摘要
本发明涉及一种用于利用离心力使液体经过物质而由容器制备液体食品的方法，其中，容纳在容器内的气体在液体充装容器时被可控制地从容器清除。
文档编号A47J31/00GK101959446SQ200980106839
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年2月29日
发明者A·约亚基姆, A·雷塞尔, E·博纳奇, J-L·科兰托尼奥, J-P·德尼萨特 申请人:雀巢产品技术援助有限公司